異形拱塔低位豎轉+平轉在跨石長拱承斜拉橋的應用

洪 亮

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030000)

1 工程概況

沅江特大橋跨石長鐵路(32+90×2+32)m拱承斜拉橋位于湖南省常德市武陵區，橋梁起點里程為DK9+335.49，終點里程為DK9+581.19，全長245.7 m，處于曲線半徑R=2 800 m圓曲線上，主跨(90+90)m鋼箱梁上跨既有石長鐵路，與既有鐵路呈18°小角度跨越，梁底與既有石長線安全有效凈空2.5 m。該橋是全線控制性工程，也是國內首座時速350 km上跨既有鐵路的拱承斜拉橋。基礎均采用鉆孔樁基礎，輔助墩及邊墩采用鋼筋混凝土門式墩，主墩采用異形鋼箱拱塔，梁部采用免涂耐候鋼箱梁，拱塔上設置13對26束斜拉索，軌道采用CRTS-Ⅲ無砟軌道。

本橋地面以上拱塔全高66 m，橋面以上塔高45 m，橋面以下塔高21 m，拱軸線線型采用橢圓形，主梁在橋塔處與橫梁剛性連接。拱塔截面尺寸為：順橋向3.0 m、橫橋上4.0 m，板厚為24 mm～36 mm，拱塔重824 t，單側分別為T0,T1～T7共8個節段，最大節段重55.5 t；橋塔橫梁截面尺寸為：梁高2.8 m，梁寬3.0 m。

2 異形拱塔施工方案

拱塔加工采用工廠集中下料，在胎架上側臥分節段進行整體預拼裝，在確保線型和焊縫寬度及合龍精度滿足要求后焊接成節段，節段焊接完成經檢測后用汽車運輸至工地現場，對于超寬節段采用船運至碼頭后轉為汽車運輸至現場。由于跨既有石長鐵路，現場采用順橋向臥拼，臥拼從T1～T7節段，現場拼裝采用搭設鋼管支架，在支架上完成拱塔拼裝，節段拼裝過程中隨時對成拱線型進行復核，確保每一節拱塔的線型滿足要求后進行下一個節段的拼裝。所有節段完成后再次復核線型及尺寸、符合設計要求后，安裝豎轉體系、確保豎轉體系受力后拆除支架，利用連續頂升千斤頂進行牽引豎轉，實現低位豎轉到設計狀態，運用事先安裝好的平轉系統平轉，實現拱塔合龍。

3 異形拱塔施工

3.1 異形拱塔廠內加工

根據節段的材料型號(材質、板厚、尺寸)，提前提供材料計劃，材料運到工廠后采用數控切割機根據需要的尺寸進行裁剪，要考慮焊縫的寬度。根據不同的焊縫要求做焊評試驗，滿足要求才能進行大面積施焊。拱塔材料裁剪完成后到拱塔胎架上進行節段拼裝點焊，確保所有節段拼裝完成符合線型要求后，進行大面積焊接，焊接材料要與橋鋼的材料相適應，確保焊縫質量強度高于母材強度。焊接完成后根據節段進行吊裝入砂房，采用30 m3空氣壓縮機進行噴砂除銹，確保表面無坑洼、無鼓包、無漏噴、平整后進行電弧噴鋁。電弧噴鋁一般選擇在夜間進行，夜間電壓較為穩定，不易出現噴涂不均的現象。完成后進行環氧樹脂封閉漆及鐵紅色面漆兩層，確保總厚度滿足要求。

3.2 異形拱塔運輸

由于構件尺寸限制，特別是T2節段5.7 m×5.7 m×10.5 m，屬于超寬構件，為保證運輸暢通，提前與高速公路交警進行溝通取證，利用超寬車道收費口上下高速公路，期間有兩臺車一前一后進行押車，確保安全。由于從出廠門口到高速公路口因修路無法通行，部分節段采用從廠內直接上船，船運至常德施工碼頭后，用130 t吊車卸船裝車，平板拖車運至工地。

3.3 異形拱塔安裝準備

3.3.1平轉體系施工

平轉體系主要由上下轉盤、滑道及平轉支座等組成，轉盤分為上轉盤和下轉盤，下轉盤采用直徑為12 m，高3.2 m的圓形鋼筋混凝土承臺；上轉盤采用鋼箱結構，直徑為12 m、高1.5 m的多邊形圓柱結構，采用不同板厚的鋼板焊接拼裝而成。為保證平轉實施，在下承臺施工時需要同步完成平轉滑道錨碇孔的預留。平轉滑道為圓環形狀，圓心同下承臺、內直徑為8.2 m、外直徑為9.8 m、環板寬0.8 m，鋼板厚0.022 m，下設錨碇鋼棒插入承臺預留孔內，灌注支座砂漿固定滑道，確保滑道平面位置和標高滿足設計要求，上設置0.003 m不銹鋼板。為保證拱塔能與承臺有效的固結，在施工下承臺時預埋錨箱，截面尺寸為順橋向3.0 m、橫橋上4.0 m、長度為2.76 m，施工承臺時要對錨箱的軸線及標高進行精確定位后固定，確保澆筑混凝土時不偏位、不下沉。在上下轉盤之間設置平轉支座，平轉支座由專業廠家設計，支座直徑2.0 m、高0.46 m，豎向力20 000 kN、水平力5 000 kN；設置8根φ110 mm的錨碇螺栓固定在承臺頂面，支座中心與承臺中心位置重合。拱塔T0底部設置加勁內與支座頂面進行焊接，拱塔中心即是上轉盤中心，要與支座中心、承臺中心重合。上轉盤鋼箱通過縱橫鋼板與T0節段進行有效連接，在平轉滑道上設置16個φ600 mm、壁厚12 mm、高800 mm的撐腳，形成一個整體構成上轉盤體系。水平轉動反架采用在承臺合適位置設置對稱的兩根直徑為φ1 000 mm和φ630 mm、樁長為9 m的鋼管樁通過連接系形成水平支撐架，在上轉盤上設置錨固端兩處，錨固端分別設置3根(共6根)φ15.2 mm預應力鋼絞線通過連續頂升千斤頂進行平轉。

3.3.2豎轉體系施工

豎轉體系由豎轉滑道、豎轉角、BM桿、BC桿、BD桿，牽引裝置等構成。在進行拼裝拱塔之前，先施工豎轉滑道，豎轉滑道包含地基處理、鋼筋混凝土基礎基座、豎轉滑道滑塊(兩側設置限位塊)及不銹鋼板滑動面。豎轉滑道基礎根據地基承載力采用打設木樁，換填級配碎石等施工方法確保地基滿足要求后施工墊層。在墊層上綁扎鋼筋，施工兩道滑道寬1.6 m，高1.4 m的混凝土基座，為便于支架及拱塔安裝，中間混凝土與滑道混凝土一次澆筑成型。在滑道混凝土澆筑過程前，對豎轉軌道滑塊固定裝置設置預留孔，預留孔要求定位準確，確保后期安裝滑塊時能滿足平整度、接縫、標高要求。其他桿件在加工廠加工，汽運至施工，在拱塔安裝完成后進行拼裝。

3.3.3鋼拱塔支架安裝

根據拱塔的截面尺寸、拱塔的節段長度和重量，鋼拱塔拼裝采用鋼管支架法施工，鋼管采用φ609 mm、壁厚12 mm、高根據拱塔的線型決定。單側拱設置13排共計26根鋼管樁立柱，靠近T7節段設置單排鋼管樁與相鄰的鋼管樁進行有效聯結。其余位置鋼管橫向間距2.7 m，縱向3.0 m，在拱塔的節段拼接縫的位置設置聯結系，確保縱向兩根、橫向兩根鋼管形成一個整體受力。每排鋼管樁從地面以上2.5 m設置橫向聯結系、縱向從T1節段每兩根設置聯結系，聯結系采用雙拼H200×102×9×11.4 mm工字鋼縱、橫向連接，高度2.0 m設置一道，中間采用斜撐連接，形成三角撐。往上3.0 m設置相同的聯結系，小于3.0 m不再設置聯結系。每根鋼管樁上設置樁帽，樁帽上設置雙拼H280×124×10.5×13.7 mm工字鋼橫向分配梁，在分配梁上根據拱塔線型設置調節塊。由于臨近營業線施工，支架安裝先在空曠場地內每四根按照上述要求先進行焊接。采用50 t的汽車吊進行整體吊裝，就位后及時與滑道基礎混凝土上預留鋼板進行有效連接固定。平豎轉體系示意圖見圖1。

3.4 鋼拱塔安裝

在所有支架安裝完成后，線型監控單位根據拱塔線型、焊縫寬度、溫度對線型的影響建模確定支架調節塊標高，并在每個節段拼裝前根據前一個節段的狀態下達各個節段的拼裝標高、軸線等指令，施工過程中嚴格按照指令進行施工。拱塔安裝先從T1節段開始，T1在原有的拱塔內箱設置與T0節段連接的兩塊加勁板陰頭、T0在拱塔內箱內設置兩塊加勁板陽頭，加勁板采用□4 056×4 000×50橋鋼與鋼拱塔上的縱橫加勁板連接成一個整體，確保整個豎轉過程的安全。T1與T0采用M64×100、長為1.4 m螺栓鉸接，螺栓兩側設置配套的防脫鋼板墊圈固定。拱塔安裝均采用260 t履帶吊吊裝、人工配合精調，滿足要求后進行定位固定。吊裝過程中駐站聯絡員、防護員、司索工必須到位，并堅守各自的崗位。T1安裝完成后拼裝T2節段，依次完成至T7節段，每個節段的焊縫寬度、焊縫高度必須滿足要求，再進行探傷檢測滿足要求后方可進行打磨，按照工序要求完成涂裝，安裝拱塔上的索導管，進一步復核拱塔截面尺寸、線型、檢驗批等，為豎轉、平轉作準備。同時為保證橫梁與拱塔一起豎轉，在拱塔拼裝完成后，拆除T1到T2支架，利用在拱塔上設置的吊耳將橫梁固定在拱塔上。鋼拱塔安裝示意圖見圖2。

3.5 鋼拱塔豎轉體系的完善

拱塔臥拼安裝完成后，在豎轉滑道上安裝滑靴，滑靴分為上滑靴與下滑靴，上滑靴高度1.135 m，下滑靴1.630 m。滑靴采用不同壁厚的橋梁鋼板在工廠加工，運至工地進行焊接，經焊縫檢測合格后進行整體安裝。下滑靴直接與豎轉滑道上不銹鋼板接觸，為減少摩阻力，在滑軌不銹鋼板上涂上黃油。為保證上滑靴能順利實現從下滑靴脫離到上轉盤上，上下滑靴之間設置聚四氟乙烯滑板用銅螺釘和粘膠固定，采用栓接將上下滑靴緊緊固定成一個整體。在拱塔上安裝拱塔轉動系統，拱塔轉動系統由BC，BD拉桿與拱塔焊接固定在一起，BM撐桿上端與BC，BD采用銷軸連接，下端與上滑靴采用銷軸連接。BM撐桿在上端距銷軸2.779 m處、下端距銷軸2.872 m處設水平桿，保證豎轉過程中兩側同步。在上轉盤與豎轉滑道同軸線位置設反力架，單個反力架上設置1臺連續千斤頂用18根15.24 mm鋼絞線與上滑靴進行有效連接。

3.6 豎轉配重及試轉

為確保在整個豎轉過程平轉軸的抗拔力滿足要求，在上轉盤上豎轉反力架(拱塔外拱側)配328 t履帶吊配重塊，在靠近拱塔內拱側配120 t水泥混凝土配重塊，配重前根據每一塊的重量和結構尺寸事先畫圖確定后實施。完成配重后檢查所有焊縫及連接螺栓，千斤頂液壓管、油泵等符合要求后進行拱塔豎轉試轉。

3.7 鋼拱塔支架拆除

拱塔在千斤頂的作用下豎轉離開支架20 cm時，確定豎轉的牽引力大小，豎轉速度，確保倒退裝置受力，各個桿件受力安全的情況下，拆除支架，支架采用人工配合汽車吊拆除，拆除過程中防止切割過程焊渣掉落燙傷鋼絞線。

3.8 鋼拱塔豎轉

啟動油泵、逐級加載，通過千斤頂拉鋼絞線進行豎轉，在拉力達到390 t時拱塔開始豎轉，豎轉速度控制在0.01 rad/min以內，整個豎轉用時6 h 30 min。豎轉過程中設監測組對豎轉狀態進行測量，并實時將測量數據與線型監測單位一道進行分析，在滑靴到達上轉盤位置時，先用絲桿將上滑靴與反力架臨時固定，確保安全后解除上下滑靴約束，繼續用千斤頂拉動上滑靴，豎轉角度達到設計角度后，檢查滑靴的位置并進行拱塔軸線、高程、應力等監測，確保拱塔空間位置滿足設計要求，鎖緊絲桿完成豎轉。拱塔豎轉示意圖見圖3。

3.9 鋼拱塔平轉及合龍

平轉采用Ⅱ級天窗點進行施工，平轉前檢查平轉滑道、鋼絞線、液壓油泵、千斤頂等滿足要求后，兩側拱塔同時平轉。啟動油泵，逐級加載，實時監測，當力達到32.6 t時開始轉動，由于兩側平轉角度不一樣，最大平轉角度為112°，平轉速度控制在1.2°/min,在天窗點110 min內完成合龍，將事先安裝在拱塔上的防護棚架進行固定，確保防護棚架居中。人在防護棚架完成精調后焊接合龍。拱塔合龍示意圖見圖4。

4 結語

異形拱塔低位豎轉+平轉施工的關鍵在于豎轉中心在不斷的變化，鄰近營業線，安全風險高，通過自主研發的低位豎轉+平轉體系、強有力的技術數據分析、有效的應用線型監控、應力監測是確保拱塔整個過程中的安全和線型符合要求的關鍵。為跨越營業線施工、場地受限的環境下橋梁施工提供寶貴的經驗，確保了橋梁施工的質量、安全和進度。